第三章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

第三章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲

空穴第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3、三級結(jié)構(gòu)的特征：含多種二級結(jié)構(gòu)單元；有明顯的折疊層次；是緊密的球狀或橢球狀實體；分子表面有一空穴(活性部位)；疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。實例：肌紅蛋白第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）肌紅蛋白的功能：哺乳動物肌肉中儲存氧并運輸氧的蛋白。（2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點：1963年，Kendrew

a.一條多肽鏈，153個氨基酸殘基，一個血紅素輔基，分子量17600道爾頓。

b.肌紅蛋白的整個分子具有外圓中空的不對稱結(jié)構(gòu)，肽鏈共折疊成8段長度不等的-螺旋體（A-H），最長的有23個氨基酸殘基，最短的有7個氨基酸殘基。拐彎處多由Pro、Ser、Ile、Thr等組成。

c.具有極性側(cè)鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而帶非極性側(cè)鏈的氨基酸殘基多分布于分子內(nèi)部，使肌紅蛋白成為可溶性蛋白。第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月肌紅蛋白血紅素輔基第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月抹香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級結(jié)構(gòu)第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月5、煤氣中毒的機制第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

四級結(jié)構(gòu)是指由兩個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。其中每條多肽鏈稱為亞基。通常亞基只有一條多肽鏈，但有的亞基由兩條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈間多以二硫鍵相連亞基單獨存在時無生物學活性。一般來說具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白屬于寡聚蛋白。1.定義第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的主要作用力在蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。即亞基之間主要是通過次級鍵彼此締合在一起。疏水鍵是最主要的作用力。第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點：a.是四個亞基的寡聚蛋白，574個AA殘基，分子量65000b.是由相同的兩條鏈和兩條鏈組成四聚體22，成人的血紅蛋白為22、胎兒的血紅蛋白為22c.鏈由141AA殘基組成，鏈由146AA殘基組成。四條肽鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似，各自內(nèi)部有一個血紅素輔基。（2）血紅蛋白的功能：存在于動物血液的紅細胞中，具有運輸O2和CO2的功能；血紅蛋白還能和H+結(jié)合，從而可以維持體內(nèi)pH.第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)血紅素輔基第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1.同功蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異性

細胞色素C是真核細胞線粒體內(nèi)膜上一種含F(xiàn)e的蛋白質(zhì)，在生物氧化中起傳遞電子的作用。通過植物、動物和微生物等數(shù)百種生物的細胞色素C一級結(jié)構(gòu)的研究表明：

（1）親緣關(guān)系越近，AA順序的同源性越大。（2）盡管不同生物間親緣關(guān)系差別很大，但與細胞色素C功能密切相關(guān)的AA順序卻有共同之處，即保守順序不變第五節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能不同生物與人的細胞色素C相比較AA差異數(shù)目黑猩猩0雞、火雞13

牛豬羊10海龜15

狗驢11小麥35

粗糙鏈孢霉43酵母菌44第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目根據(jù)細胞色素C的順序種屬差異建立起來的進化樹圓圈代表分歧點第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病

分子病—指蛋白質(zhì)分子中由于AA排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變造成的)。鐮刀形貧血病：病因：血紅蛋白AA順序的細微變化-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…鐮刀形貧血?。翰∪梭w內(nèi)血紅蛋白的含量乃至紅細胞的量都較正常人少，且紅細胞的形狀為新月形，即鐮刀狀。此種細胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；再者，發(fā)生鐮變的細胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機能降低，使臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月正常紅細胞鐮刀形紅細胞正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖

谷氨酸在生理pH值下為帶負電荷R基氨基酸，而纈氨酸卻是一種非極性R基氨基酸，就使得HbS分子表面的荷電性發(fā)生改變，引起等電點改變，溶解度降低，使之不正常地聚集成纖維狀血紅蛋白，致使紅細胞變形成鐮刀狀,輸氧功能下降,細胞脆弱易溶血.鐮刀型貧血病第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

如肌紅蛋白與氧的結(jié)合第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

有些蛋白質(zhì)分子在表現(xiàn)其生物功能時，構(gòu)象必須發(fā)生一定的變化．第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、兩性解離性質(zhì)及等電點二、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)三、蛋白質(zhì)的沉淀四、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性五、蛋白質(zhì)的紫外吸收特性六、蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)第六節(jié)蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)的兩性離解和等電點

蛋白質(zhì)的等電點：當溶液在某一定pH值時，使某特定蛋白質(zhì)分子上所帶正負電荷相等，成為兩性離子，在電場中即不向陽極移動也不向陰極移動，此時溶液的pH值即為該蛋白質(zhì)的等電點（pI）。在等電點時，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場中不移動。在外液pH低于等電點的溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場中向負極移動；在外液pH高于等電點的溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負電荷，在電場中向正極移動。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳—帶電粒子在電場中移動的現(xiàn)象。第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月電泳蛋白質(zhì)在等電點pH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將不同帶電性質(zhì)和不同大小、形狀的蛋白質(zhì)分子進行分離純化。根據(jù)蛋白質(zhì)凈電荷的差異來分離蛋白質(zhì)的一種方法是電泳法。第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月如：－NH3＋、－COO－、－OH、-SH、-CONH-等，它們都具有高度的親水性，當與水接確時，極易吸附水分子，使蛋白質(zhì)顆粒外圍形成一層水化膜，將顆粒彼此隔開，不致因互相碰撞凝聚而沉淀。二.蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)

由于蛋白質(zhì)分子量很大，在水溶液中形成直徑1-100nm之間的顆粒，已達到膠體顆粒范圍的大小，因而具有膠體溶液的通性。

蛋白質(zhì)的水溶液能形成穩(wěn)定的親水膠體的原因：

１、蛋白質(zhì)多肽鏈上含有許多極性基團。

2、蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，在非等電狀態(tài)時，相同蛋白質(zhì)顆粒帶有同性電荷，與周圍的反離子構(gòu)成穩(wěn)定的雙電層。使蛋白質(zhì)顆粒之間相互排斥，保持一定距離，不致互相凝聚而沉淀。蛋白質(zhì)溶液由于具有水化層與雙電層兩方面的穩(wěn)定因素，所以作為膠體系統(tǒng)是相對穩(wěn)定的。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)的應(yīng)用

由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。透析法：以半透膜提純蛋白質(zhì)的方法叫透析法半透膜：只允許溶劑小分子通過，而溶質(zhì)大分子不能通過，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三.蛋白質(zhì)的沉淀

蛋白質(zhì)在溶液中的穩(wěn)定性是有條件的、相對的。如果加入適當?shù)脑噭┦沟鞍踪|(zhì)分子處于等電點狀態(tài)或失去水化層（消除相同電荷，除去水膜），蛋白質(zhì)膠體溶液就不再穩(wěn)定并將產(chǎn)生沉淀。定義：蛋白質(zhì)在溶液中靠水膜和電荷保持其穩(wěn)定性，水膜和電荷一旦除去，蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性就被破壞，蛋白質(zhì)就會從溶液中沉淀下來，此現(xiàn)象即為蛋白質(zhì)的沉淀作用。第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）可逆沉淀定義：在溫和條件下，通過改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。在沉淀過程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，在適當?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。可逆沉淀是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.

鹽析

在蛋白質(zhì)的水溶液中，加入大量高濃度的強電解質(zhì)鹽如硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等，可破壞蛋質(zhì)分子表面的水化層，中和它們的電荷，因而使蛋白質(zhì)沉淀析出，這種現(xiàn)象稱為鹽析。

而低濃度的鹽溶液加入蛋白質(zhì)溶液中，會導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解度增加，該現(xiàn)象稱為鹽溶。鹽析的機理：

破壞蛋白質(zhì)的水化膜，中和表面的凈電荷。鹽析法是最常用的蛋白質(zhì)沉淀方法，該方法不會使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性。

各種蛋白質(zhì)的親水性及荷電性均有差別，因此不同蛋白質(zhì)所需中性鹽濃度也有不同，只要調(diào)節(jié)中性鹽濃度，就可使混合蛋白質(zhì)溶液中的幾種蛋白質(zhì)分散沉淀析出，這種方法稱為分段鹽析。第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.弱酸或弱堿沉淀法(等電點沉淀）

用弱酸或弱堿調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH處于等電點處，使蛋白質(zhì)沉淀。弱酸或弱堿沉淀法機理：

破壞蛋白質(zhì)表面凈電荷。第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月酸酸堿堿堿酸溶液中蛋白質(zhì)的聚沉第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

有機溶劑沉淀法：

在蛋白質(zhì)溶液中，加入能與水互溶的有機溶劑如乙醇、丙酮等，蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀。有機溶劑沉淀法的機理：

破壞蛋白質(zhì)的水化膜。注意：有機溶液沉淀蛋白質(zhì)通常在低溫條件下進行，否則有機溶劑與水互溶產(chǎn)生的溶解熱會使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）不可逆沉淀定義：在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，所以又稱為變性沉淀。如加熱沉淀（次級鍵）、強酸堿沉淀（影響電荷）、重金屬鹽沉淀（Hg2+、Pb2+

、Cu2+、Ag2+）和生物堿試劑或某些酸類沉淀等都屬于不可逆沉淀。第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.重金屬鹽沉淀(條件：pH稍大于pI為宜)

當pH稍大于pI時，蛋白質(zhì)顆粒帶負電荷這樣就容易與重金屬離子結(jié)合成不溶性鹽而沉淀。重金屬沉淀法的機理：重金屬鹽加入之后，與帶負電的羧基結(jié)合。

第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月5.加熱變性沉淀法

幾乎所有的蛋白質(zhì)都因加熱變性而凝固。少量鹽促進蛋白質(zhì)加熱凝固。

當?shù)鞍踪|(zhì)處于等電點時，加熱凝固最完全和最迅速.

如：煮雞蛋酶的制備：超氧化物歧化酶的提取第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月四、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性

A、蛋白質(zhì)的變性定義天然蛋白質(zhì)因受物理、化學因素的影響，使蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象發(fā)生了異常變化，從而導(dǎo)致生物活性的喪失以及物理、化學性質(zhì)的異常變化。但一級結(jié)構(gòu)未遭破壞，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月B、引起蛋白質(zhì)變性的主要因素：1.物理因素：加熱、高壓、紫外線照射、X-射線、超聲波、劇